La transmisión de señales múltiples a través de una fibra óptica Uso de frente de onda Shaping

El objetivo general de este procedimiento es transmitir múltiples señales de luz individuales separadas espacialmente a través de una sola fibra multimodo, mientras se compensa la distorsión de la luz por conversión de modo dentro de la fibra. Esta novedosa técnica puede ayudar a responder preguntas clave en biomedicina e ingeniería de comunicaciones a través de múltiples células biológicas o canales de señal de datos que deben salir individualmente. La principal ventaja de esta técnica, que permite la modulación de la luz temporal espacial, es que solo se necesita un único modulador de luz espacial para calibrar y transmitir múltiples señales independientes.

Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia estudios no invasivos y prospectivos de terapias o disfunciones neurológicas como la enfermedad de Parkinson. Mientras que el monitoreo y control de las neuronas es una combinación con el uso de señales de luz espacio-temporales. Por lo general, las personas nuevas en este método tendrán dificultades debido al gran esfuerzo para la alineación del paso óptico, que es inevitable para la transmisión de alta calidad.

El experimento se lleva a cabo en un banco óptico. Los elementos ópticos ya han sido dispuestos. Algunos elementos solo se utilizan para la calibración.

Este modulador de luz espacial es uno de los elementos utilizados para la transmisión de señales de datos en el lado proximal de la configuración. Esta cámara CCD es el receptor de la señal de datos en el lado distal. La señal de datos viaja a través de esta fibra óptica multimodo conectando los dos lados.

Este esquema proporciona una visión general del aparato e identifica los elementos proximales y distales. Un láser proporciona un haz de luz coherente colimado que es dividido por un divisor de haz polarizado. Utilice las placas de media onda para mantener los dos haces a aproximadamente la misma potencia.

El haz del objeto va hacia el lado distal. Por ahora, concéntrese en el haz de referencia que va hacia el lado proximal. Divida el haz de referencia en dos, con cada haz resultante pasando a través de un modulador óptico.

A continuación, haz que las dos vigas sigan el mismo camino con la separación espacial. Durante la calibración, los haces se superpondrán con la luz del lado distal que pasa a través de la fibra multimodo, un objetivo de microscopio y un polarizador lineal, y eventualmente interferirán. Un divisor de haz final dirige los dos haces perpendicularmente al modulador de luz especial.

Al preparar el experimento, asegúrese de orientar el divisor de haz polarizador de modo que la polarización del haz de referencia se alinee con el modulador de luz espacial sensible a la polarización. Para fines de calibración, los dos haces también pasan a través de lentes enfocados en una cámara CMOS. Tenga en cuenta que por ahora no se muestra nada en el modulador de luz especial.

Por lo tanto, el modulador actúa como un espejo durante la calibración. Trabaje con las dos lentes en el banco. Ajusta su posición y la distancia entre ellos.

El objetivo es obtener una imagen nítida del plano modulador de luz especial en la cámara CMOS. Ahora concéntrese en el lado distal de la configuración para la calibración. El haz del objeto se transforma mediante divisores de haz y espejos en dos haces separados espacialmente.

Otro divisor de haz dirige los haces a un objetivo de microscopio y de allí a una lente enfocada en una cámara CCD. En el banco, concentre el objetivo del microscopio en el extremo distal de la fibra multimodo. Verifique el enfoque usando la lente y la cámara CCD para observar el reflejo posterior de la luz de la fibra multimodo.

Trabaje con la lente del objetivo en el lado proximal también. Úselo para colimar la luz que sale de la fibra multimodo. Ahora vea el patrón de interferencia en la cámara CMOS y trabaje para cambiar el espaciado de las franjas de interferencia.

Esto se hace ajustando los espejos y los divisores de haz en los haces de referencia y de objeto. Esto cambia el ángulo en el que el objeto y los haces de referencia se cruzan en el modulador de luz espacial, que debe estar a menos de un grado. Se detiene cuando el espaciado de las franjas de interferencia tiene aproximadamente el tamaño de dos píxeles.

Por último, trabaje con el polarizador lineal, ajuste su orientación para que coincida con la polarización del objeto y los haces de referencia. Esto producirá el máximo contraste en la imagen de la cámara CMOS, que mostrará franjas distintivas. La primera secuencia de calibración consiste en encontrar la relación de píxeles entre el modulador de luz espacial y la cámara CMOS.

Comience con el haz del objeto justo después del divisor de haz polarizado. Bloquee el haz del objeto entre la placa de media onda y el siguiente divisor de haz. A continuación, trabaje con uno de los dos haces de referencia inmediatamente después de que hayan pasado a través de los moduladores ópticos.

Bloquea solo uno de ellos para que el modulador de luz espacial sea iluminado por el otro. Capture una imagen del modulador de luz espacial con la cámara CMOS. Utilice un software gráfico para identificar las coordenadas de la esquina superior izquierda del modulador, que servirá como punto de origen para el modulador de luz espacial.

Cuando termine, retire ambos bloques de haz para completar la búsqueda de la relación de píxeles entre el modulador de luz espacial y la cámara CMOS. La siguiente secuencia de calibración es para las rutas de la señal. En este punto, estas son las trayectorias del haz.

El primer paso es bloquear el objeto haz dos justo después de dos divisores de haz en su trayectoria. Y para bloquear el haz de referencia dos después del modulador de luz. A continuación, use la cámara CMOS para capturar una imagen del holograma.

A partir de esto, calcule la fase invertida en la región uno del haz. Continúe quitando los bloques de las vigas. A continuación, bloquee la viga de objeto uno y la viga de referencia uno.

Calcule la fase invertida en la región dos del haz a partir del holograma capturado por la cámara. Asegúrese de quitar todos los bloques de vigas antes de continuar. La configuración de los experimentos de transmisión es más sencilla.

La transmisión de la señal no requiere la cámara CMOS y el haz del objeto está bloqueado. Ahora los dos haces de referencia se reflejan desde dos regiones del modulador de luz espacial. Desde allí, los haces reflejados pasan a través de la fibra multimodo a la cámara CCD.

En el ordenador, prepare la imagen para el modulador de luz espacial. Para la imagen, organice las imágenes de fase invertida de la región uno y dos en sus posiciones correspondientes. A continuación, une estas imágenes para visualizarlas en el modulador de luz espacial utilizando su puerto de gráficos por ordenador.

En el banco, haz los preparativos finales para el experimento. Los haces de referencia pasan a través de moduladores de intensidad luminosa. Actívalos en ambos haces de referencia para continuar.

En el ordenador, observe y registre las señales de salida de la cámara CCD. Estos son resultados típicos registrados por la cámara en el lado distal después de que la señal haya atravesado una fibra de dos metros de largo. Las imágenes corresponden a una sola señal que está encendida.

Solo la señal dos está encendida. Y ambas señales están encendidas. Además de los picos deseados en cada imagen, hay manchas debido a las limitaciones de la conjugación de fase óptica digital.

La relación entre el pico y el fondo se puede aumentar mediante el uso de fibras que admitan un mayor número de modos. Hay diafonía entre las dos señales de salida periódicas. El espectro de frecuencias de la señal uno muestra el pico esperado en la frecuencia f1 y uno menor en la frecuencia f2.

Del mismo modo, el espectro de frecuencia de la señal dos tiene el pico esperado en f2 y uno más pequeño en f1. Al intentar este procedimiento, es importante engranar cuidadosamente el modulador de luz espacial y la cámara CMOS para que la conjugación de fase óptica digital funcione. Con el fin de mejorar este procedimiento, se pueden aplicar técnicas de calibración basadas en modelos para realizar la transmisión sin acceso al extremo distal de la fibra.

Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo aplicar la conformación de ondas individuales para la transmisión de señales independientes a través de una fibra multimodo. Tras su desarrollo, esta novedosa técnica allanará el camino para que los investigadores en optogenética exploren enfermedades neurodegenerativas en organismos modelo, así como en neuronas derivadas de células madre pluripotentes inducidas humanas o cardiomiocitos.